球墨铸铁汽车曲轴的加工工艺

球墨铸铁汽车曲轴的加工工艺

学院机电工程学院

专业机械类

年级班别创新实验班12（1）

学号 3112010453 3112010454 3112010455 3112010462 学生姓名罗毓健骆智伟

马欣华冼文飞

指导教师王成勇

2014年 6 月

摘要

球墨铸铁具有优良的机械性能，已经大量用于制造强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁大量地应用于汽车发动机曲轴的加工生产，结合球墨铸铁的特性，本文讲述了球墨铸铁应用于曲轴的切削与磨削加工机理及其加工工艺，介绍了聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具切削加工等温淬火球墨铸铁（ADI）时的特征。介绍了奇瑞公司曲轴的加工工艺以及几款相关的曲轴专用加工机床。

关键词：球墨铸铁，曲轴，ADI，PCBN

目录

1球墨铸铁基本性质与应用 (1)

1.1 球墨铸铁的成分与组织结构 (1)

1.2 球墨铸铁的机械、物理、力学性能 (1)

1.3 典型零件、应用场合 (2)

1.4 球墨铸铁曲轴加工批量和加工质量要求 (2)

1.5 小结 (2)

2球墨铸铁切削与磨削加工机理 (2)

2.1 等温淬火球墨铸铁（ADI）的切削与磨削可加工性简述 (3)

2.2 铸铁应用于曲轴的主要切削、磨削去除过程 (3)

2.3 球墨铸铁的切削加工过程特征 (4)

2.4 加工等温淬火球墨铸铁常用刀具 (5)

2.5 曲轴加工工艺 (6)

3曲轴加工专用机床 (12)

3.1 曲轴质量定心机 (13)

3.2 数控车－车拉机床 (13)

3.3 曲轴圆角滚压机床 (13)

3.4 绿色粗磨“扒皮”机床 (13)

参考文献 (14)

球墨铸铁汽车曲轴的加工工艺

1球墨铸铁基本性质与应用

1.1球墨铸铁的成分与组织结构

根据铸铁中石墨形态的不同，铸铁可分为以下四类：

（1）普通灰铸铁。石墨呈曲片状存在于铸铁中，简称灰铸铁或灰铁，是目前应用最广的一种铸铁。

（2）可锻铸铁。由一定成分的白口铸铁经过石墨化退火而获得。石墨呈团絮状存在于铸铁中，有较高的韧性和一定的塑性。

（3）蠕墨铸铁。铁水在浇注前经蠕化处理，使析出的石墨成蠕虫状存在于铸铁中，简称蠕铁。

（4）球墨铸铁。铁水在浇注前经过球化处理，使析出的石墨呈球状存在于铸铁中，简称球铁。

球墨铸铁由于通过球化和孕育处理得到球状石墨，有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。球墨铸铁除铁外的化学成分通常为：含碳量3.0～4.0%，含硅量1.8～3.2%，含锰、磷、硫总量不超过3.0%和适量的稀土、镁等球化元素。不同牌号的球墨铸铁的基体组织不同，一般含有铁素体，珠光体随着力学性能的提高铁素体含量减少，出现贝氏体和回火组织。

图1

1.2球墨铸铁的机械、物理、力学性能

兼具优良的综合机械性能以及低廉的制造成本，球墨铸铁已经大量用于制造强度、軔性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁是铁液凝固时碳以石墨形式呈球状析出的铸铁。由于石墨以球状存在，避免因片状或尖角可能导致的应力集中，降低了石墨对基体的割裂作用，其强

度、塑性、初性均显著优于灰铸铁。球墨铸铁屈强比较高,其强度质量比也优于铸钢。其中,铁素体球墨铸铁具有优良的室温强度和初性,广泛地应用于重要传动部件，如汽车曲轴、凸轮轴、齿轮、及高速铁路结构件等。然而，与结构钢材类似，铁素体球墨铸铁的塑性随着温度降低而下降，在一定温度下发生初性断裂向脆性断裂的转变。

1.3典型零件、应用场合

一般用于内燃机、机床阀体、车辆轴瓦和机油泵齿轮、柴油机曲轴、凸轮、汽缸体、汽缸套、活塞环以及部分磨床、铣床、车辆的主轴、汽车的螺旋锥齿轮、拖拉机减速齿轮、柴油机凸轮轴等。

表1 各牌号球墨铸铁的用途距离

1.4球墨铸铁曲轴加工批量和加工质量要求

随着球墨铸铁技术的发展，其性能也在不断提高，优质廉价的球铁已成为制造曲轴的重要材料之一。

曲轴作为柴油机的关键零件, 除了强度和韧性的要求之外，还需要较高的表面硬度, 以保证其耐磨性。球墨铸铁曲轴经各种处理后能满足其服役要求，这也是球墨铸铁被广泛用作曲轴材料的原因之一。热处理工艺有: 正火+ 中频淬火，正火+ 氮化或等温淬火。此外，为了提高曲轴的疲劳强度，广泛采用圆角强化手段，其中应用多且效果好的是圆角滚压，圆角滚压和其他热处理工艺的复合强化更能较大幅度地提高曲轴疲劳强度

1.5小结

球墨铸铁以其优良的物理和力学性能，在曲轴的生产制造中得到广泛应用。随球墨铸铁熔炼与合金化技术及等温淬火球墨铸铁的发展，球墨铸铁性能不断提高。采用球墨铸铁取代锻钢生产发动机曲轴可节约成本，从而成为曲轴生产的发展趋势。对中小功率发动机曲轴的生产可采用铸态珠光体球墨铸铁，或附加表面强化工艺；而等温淬火球墨铸铁以其优异的力学性能，在大功率发动机曲轴制造中将发挥更大的作用。

2球墨铸铁切削与磨削加工机理

2.1等温淬火球墨铸铁（ADI）的切削与磨削可加工性简述

等温淬火球墨铸铁（ADI）是近三十多年发展起来的新一代球墨铸铁材料，被誉为材料领域的高科技，在国内外各工业部门都获得了广泛应用。

等温淬火球墨铸铁作为发动机曲轴材料（如图2.1），具有高强度、高韧度、高耐磨性等综合机械性能可以替代锻钢材料用于轿车及载货车发动机曲轴。然而，高强度、高硬度和高韧性使等温淬火球墨铸铁在切削加工时切削刃口受到更高的应力, 造成一定困难。但是，根据等淬球铁特有的金属基体组织和力学性能，选择合适的刀具，调整和优化刀具及加工参数，等淬球铁完全可以成功地进行切削加工。

图2.1

2.2铸铁应用于曲轴的主要切削、磨削去除过程

2.2.1铣曲轴两端面，钻中心孔

本过程在钻铣车组合车床上完成，主要保证曲轴总长及中心孔的质量。若端面不平会导致中心钻上的两切削刃的受力不均匀，钻头可能引偏而折断，因此采用先面后孔的原则。中心孔除影响曲轴质量分布外，还是曲轴加工的重要基准。贯穿整个曲轴加工始终，因而直接影响曲轴加工精度。打中心孔在本次工艺设计中因考虑设备因素，采用找出曲轴的几何中心代替质量中心。打中心孔以毛坯的外表面作为基准，因而毛坯外表面质量好坏直接影响孔的位置误差程度。

2.2.2曲轴主轴颈的车削

主轴颈加工采用车削，在刚度较强的普通车床上进行。曲轴安装在前、后顶尖上线一端用大盘夹住而另一端用顶尖顶住，用硬质台金车几道工序上完成主轴颈的车削。由于加工余量大且不均匀，旋转不平衡，加工时产生冲击，因此工件要夹牢固。车床、刀具、夹具要有足够的刚性。主轴颈车削顺序是先精车一端主轴颈及轴肩，然后以车好的主轴颈定位。另一侧用顶尖以中心孔定位。车另一端主轴颈、肩及各个轴颈，半精度及精车都按此顺序进行，逐渐提高主轴颈及其他轴颈的加工精度。

2.2.3曲轴连杆轴颈的车削

主轴颈及其他外圆车好后，以主轴颈作为加工连杆轴颈的基准，采用专用的车夹具、车削连杆轴颈，车削同样在普通车床上进行。车削连杆轴颈需要解决的是角度定位(2个连杆轴颈轴线需要控制在180°+30°或180°-30°)以及曲轴旋转的不平衡问题。这些都由专用夹具来保证，夹具为一对用以定位的“V”形块组成，装在接盘上。接盘与车床过渡接盘靠